Question

2．鈦（Ti）因具有硬度大、熔點高、耐酸腐蝕等優(yōu)點而被應用于航空、電子等領域，由鈦鐵礦（主要成分是FeTiO₃，鈦酸亞鐵）提取金屬鈦并獲得副產(chǎn)品FeSO₄•7H₂O的工藝流程如圖1：

（1）鈦鐵礦和濃硫酸反應的產(chǎn)物之一是TiOSO₄，常溫下，該物質(zhì)易溶于酸性溶液，在pH=0.5時開始轉(zhuǎn)化為鈦酸沉淀，則物質(zhì)A是Fe（填化學式，下同），B是H₂O；步驟Ⅳ生成TiO（OH）₂（即H₂TiO₃）的離子方程式是TiO²⁺+2H₂O═TiO（OH）₂↓+2H⁺．
（2）已知FeSO₄•7H₂O的溶解度曲線如圖2所示，則步驟Ⅲ采用的操作是降溫、結(jié)晶、過濾．
（3）工業(yè)上可通過下列反應由TiO₂制備金屬Ti：
TiO₂+2C+2Cl₂$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$TiCl₄+2CO
TiCl₄+2Mg$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$Ti+2MgCl₂
已知：常溫下TiCl₄是一種極易水解的無色液體，沸點為136.4℃．
①從下列供選用的裝置如圖3中選擇合適的裝置制備TiCl₄，按氣流方向連接起來：
A→E→B→F→DD→C→G
②下列儀器中盛放的藥品分別是：B濃H₂SO₄，GNaOH溶液．
（4）一定條件下，將TiO₂溶解并還原為Ti³⁺，再以KSCN溶液作指示劑，用NH₄Fe（SO₄）₂標準溶液滴定Ti³⁺至全部生成Ti⁴⁺．稱取TiO₂樣品0.60g，消耗0.20mol•L^-1的NH₄Fe（SO₄）₂溶液36.75mL，則樣品中TiO₂的質(zhì)量分數(shù)是98%．

Answer 1

分析 鈦鐵礦和濃硫酸反應的產(chǎn)物之一是TiOSO₄，加入鐵屑，可防止Fe²⁺氧化，所以物質(zhì)A為Fe，溶液X中含有FeSO₄和TiOSO₄，經(jīng)過分離得硫酸亞鐵晶體和溶液Y，溶液Y主要含有TiOSO₄，加入水，加熱可水解生成H₂TiO₃，所以物質(zhì)B為H₂O，經(jīng)煅燒可生成TiO₂，用氯氣、碳反應可生成TiCl₄，高溫條件下與鎂反應可生成Ti，以此解答該題．

解答 解：鈦鐵礦和濃硫酸反應的產(chǎn)物之一是TiOSO₄，加入鐵屑，可防止Fe²⁺氧化，所以物質(zhì)A為Fe，溶液X中含有FeSO₄和TiOSO₄，經(jīng)過分離得硫酸亞鐵晶體和溶液Y，溶液Y主要含有TiOSO₄，加入水，加熱可水解生成H₂TiO₃，所以物質(zhì)B為H₂O，經(jīng)煅燒可生成TiO₂，用氯氣、碳反應可生成TiCl₄，高溫條件下與鎂反應可生成Ti，
（1）根據(jù)上面的分析可知，A為Fe，B為H₂O，TiOSO₄中加入水，加熱可水解生成H₂TiO₃，反應的離子方程式為TiO²⁺+2H₂O═TiO（OH）₂↓+2H⁺，
故答案為：Fe；H₂O；TiO²⁺+2H₂O═TiO（OH）₂↓+2H⁺；
（2）根據(jù)FeSO₄•7H₂O的溶解度曲線可知，硫酸亞鐵的溶解度隨溫度的升高而增大，所以從溶液中分離出FeSO₄•7H₂O，可以通過降溫、結(jié)晶、過濾的方法獲得，
故答案為：降溫、結(jié)晶、過濾；
（3）根據(jù)由TiO₂制備金屬Ti的原理可知，先用濃鹽酸與二氧化錳制得氯氣，制得的氯氣中有氯化氫、水等雜質(zhì)，可以通過飽和食鹽水和濃硫酸除去，再在管式電爐中生成四氯化鈦，反應中有未反應的氯氣，會污染空氣，所以尾氣要用氫氧化鈉溶液吸收，為防止尾氣吸收裝置中的水分揮發(fā)到收集四氯化鈦的容器中，在收集裝置和尾氣處理裝置之間要加一個干燥裝置，所以①裝置按氣流方向連接起來的順序為A、E、B、F、D、C、G，②根據(jù)上面的分析可知，B中裝濃H₂SO₄，G中裝NaOH溶液，
故答案為：①E、B、F、D、G；②濃H₂SO₄；NaOH溶液；
（4）根據(jù)電子得失守恒可知，將TiO₂溶解并還原為Ti³⁺，Ti³⁺與NH₄Fe（SO₄）₂溶液反應時有關(guān)系式TiO₂～Ti³⁺～NH₄Fe（SO₄）₂，消耗0.20mol•L^-1的NH₄Fe（SO₄）₂溶液36.75mL，即NH₄Fe（SO₄）₂的物質(zhì)的量為36.75×10^-3L×0.20mol•L^-1=7.35×10^-3mol，則TiO₂的物質(zhì)的量為=7.35×10^-3mol，所以樣品中TiO₂的質(zhì)量分數(shù)是$\frac{7.35×1{0}^{-3}×80}{0.60}$×100%=98%，
故答案為：98%．

點評 本題考查物質(zhì)的制備實驗方案的設計，側(cè)重于學生的分析能力和實驗能力及計算能力的考查，為高考常見題型，難度中等，注意把握實驗的基本原理和物質(zhì)的性質(zhì)．